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原文传递多工况下驾驶员座椅被动安全性研究

论文题名：	多工况下驾驶员座椅被动安全性研究
关键词：	驾驶员座椅;正面碰撞;追尾碰撞;汽车座椅;被动安全性
摘要：	汽车发生碰撞时，汽车座椅是保护车内乘员安全的最主要部件之一，因此研究多工况下驾驶员座椅的被动安全性具有重要的理论意义与工程应用价值。本文以某型轿车乘员区域为研究对象，研究了在正面碰撞与追尾碰撞中，驾驶员座椅对驾驶员颈部与后排乘员的保护。为此本文主要进行了以下几个方面的研究: 　　(1)依据某型轿车乘员区域相关尺寸与性能参数，采用碰撞仿真软件MADYMO构建了完整的正面碰撞前、后排乘员约束系统仿真模型以及追尾碰撞驾驶员约束系统仿真模型，并经试验验证。　　(2)将正面碰撞中驾驶员的运动状态分为三个阶段。利用所建立的正面碰撞仿真模型，研究了在正面碰撞中，安全气囊排气孔泄漏系数、气体发生器质量流动率、气囊织物渗透率、安全带织带延伸率、卷收器锁止滞后效应以及预紧器预紧量变化对驾驶员各部位伤害及其峰值出现时刻的影响。以综合伤害指标WIC为优化目标，对整个驾驶员约束系统进行了优化设计，使得在驾驶员运动的第一阶段中（即正面碰撞前期），驾驶员受到最佳保护。当驾驶员在第一阶段中受到最佳保护后，分析了在第二、第三阶段中（即正面碰撞后期），驾驶员上、下颈部的运动状态，以及驾驶员座椅头枕前部刚度、靠背上部刚度、靠背下部刚度以及靠背倾角调节器转动刚度对驾驶员颈部伤害的影响。　　(3)利用所建立的追尾碰撞仿真模型，分析了在追尾碰撞中，驾驶员上、下颈部的运动状态，以及驾驶员座椅头枕前部刚度、靠背上部刚度、靠背下部刚度以及靠背倾角调节器转动刚度对驾驶员颈部伤害的影响。　　(4)提出了兼顾正面碰撞后期与追尾碰撞颈部保护的颈部综合伤害指标NWIC。以NWIC为优化目标，对驾驶员座椅头枕前部刚度、靠背上部刚度、靠背下部刚度与靠背倾角调节器转动刚度进行了响应面优化设计，得到了四个特征参数的最优组合。相比于优化前，优化后在正面碰撞后期与追尾碰撞中，驾驶员颈部伤害都有了显著下降:在正面碰撞后期，上、下颈部伸张弯矩峰值Mupper、Mlower、 Nkm与Nij分别降低了52.31％、33.59％、48.86％、28.95％，此外上颈部剪切力峰值与轴向力峰值、下颈部剪切力峰值与轴向力峰值分别降低了32.51％、28.55％、42.96％与23.89％;在追尾碰撞中，上、下颈部伸张弯矩峰值RMupper、RMlower与NICmax分别降低了36.84％、47.55％与40.95％，同时，上颈部剪切力峰值与轴向力峰值、下颈部剪切力峰值与轴向力峰值分别降低了43.71％、35.91％、42.84％与46.31％; NWIC下降了41.24％。　　(5)提出了新型汽车驾驶员安全座椅的设想，以降低正面碰撞中后排乘员因惯性力的作用，头部撞击驾驶员座椅头枕时，头部、颈部等部位受到的伤害。仿真结果显示:随着新型驾驶员安全座椅中转簧转动刚度的减小，后排女性乘员头部、胸部及颈部伤害呈现下降趋势。综合考虑座椅被动安全性与舒适性，确定了转簧的最佳转动刚度为10N·m/°，此时相比于原座椅，后排女性乘员的头部伤害指标HIC15、胸部3ms合成加速度T3MS与颈部枕骨伸张弯矩峰值Myoc分别降低了24.4％，6.81％及22.38％，这说明新型驾驶员安全座椅的保护效果明显。　　(6)开展了新型驾驶员安全座椅与后排女性乘员约束系统设计参数的匹配优化研究:①选择驾驶员座椅头枕后部刚度、靠背后部刚度、靠背倾角调节器转动刚度、后排安全带延伸率、后排安全带上挂点高度以及后排座椅坐垫刚度进行了灵敏度分析，从中确定影响后排女性乘员伤害的主要影响因素;②依据灵敏度分析的结果，选用前五项因素作为优化设计参数，以后排女性乘员综合伤害指标WICF作为优化目标，采用头部伤害指标HIC15，颈部枕骨伸张弯矩峰值Myoc、胸部压缩量Thpc与各优化设计参数的响应面分析法，确定了最优设计参数组合;③优化后，后排女性乘员的伤害指标呈显著下降的趋势，HIC15、Myoc、以及左、右大腿力峰值Fleft、Fright分别下降了37.76％、56.08％、37.76％与56.08％，综合伤害指标WICF下降幅度达32.89％，这说明优化效果显著。　　最终，确定在正面碰撞后期与追尾碰撞中，当驾驶员座椅头枕前部刚度为45N/mm，靠背上部刚度为30N/mm，靠背下部刚度为50N/mm，靠背倾角调节器转动刚度降低至原值的60％时，驾驶员颈部伤害同时显著降低。在正面碰撞中，当驾驶员座椅转簧转动刚度为10N·m/°，头枕后部刚度为30N/mm、靠背后部刚度为36N/mm，靠背倾角调节器转动刚度降低至原值的60％，以及后排安全带织带延伸率为13％、后排安全带上挂点高度下降至0.85m时，后排女性乘员伤害值显著降低。
作者：	洪亮
专业：	车辆工程
导师：	葛如海
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文